電氣傳動課程設計--轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文所論述的是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計。主電路設計是依據(jù)晶閘管-電動機（V—M）系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)由整流變壓器TR、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器L和電動機-發(fā)電機組等組成。整流變壓器TR和晶閘管整流調(diào)速裝置的功能是將輸入的交流電整流后變成直流電；平波電抗器L的功能是使輸出的直流電流更平滑；電動機-發(fā)電機組提供三

2、相交流電源。同時，根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用, 并通過對調(diào)節(jié)器參數(shù)設計, 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形。并對得到的波形進行分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器,仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Discussed in thi

3、s paper is speed, the current double closed-loop DC speed system design. Main circuit design is based on the thyristor - Motor (V-M) system components, their system consists of rectifier transformer TR, SCR speed control

4、 devices, smoothing reactor L and the motor - generator sets etc.. Rectifier transformer TR and SCR speed device function is the rectified AC input into DC; smoothing reactor L function is to make the output of the DC cu

5、rrent is more smooth; motor - generator sets</p><p>　　Key words: double-loop speed control system, speed regulator,</p><p>　　current regulator，Simulation</p><p><b>　　一 直流調(diào)速系統(tǒng)&

6、lt;/b></p><p><b>　　1 引 言</b></p><p>　　直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分

7、非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。</p><p>　　本設計主電路采用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案，控制電路由集成電路實現(xiàn)，系統(tǒng)中

8、有速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應調(diào)節(jié)器等。</p><p>　　2 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　2.1調(diào)速方案的選擇</p><p>　　本次設計選用的電動機型號Z2-62型，其具體參數(shù)如下表2-1所示</p><p>　　表2-1 Z2-62型電動機具體參數(shù)</p><p>

9、;　　2.1.1電動機供電方案的選擇</p><p>　　變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱G-M系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。靜止可控整流器又稱V-M系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實現(xiàn)

10、平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設計的技術(shù)要求和特點選V-M系統(tǒng)。</p><p>　　在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓Ud。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案

11、。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。</p><p>　　2.1.2調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇</p><p>　　由于電機

12、的容量較大，又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。</p><p>　　電動機額定電壓為230V，為保證供電質(zhì)量，應采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器應采用D/Y聯(lián)結(jié)。</p><p>　　因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負反饋進行限流保護，出現(xiàn)故障電流時由過流繼電器切斷主電路電源

13、。</p><p>　　為使線路簡單，工作可靠，裝置體積小，宜選用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。</p><p>　　該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應保持恒定。勵磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵磁后加電樞電壓，主接觸器主觸點應在勵磁繞組通電后方可閉合，同時設有弱磁保護環(huán)節(jié)。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1

14、所示。</p><p><b>　　2.2總體結(jié)構(gòu)設計</b></p><p>　　采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩

15、）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉(zhuǎn)速負反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，

16、轉(zhuǎn)速負反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動保護。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)的框圖如圖2-1所示： </p><p>　　圖2-1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3主電路設

17、計與參數(shù)計算</p><p>　　3.1整流變壓器的設計</p><p>　　3.1.1變壓器二次側(cè)電壓U2的計算</p><p>　　是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計算，即：</p><p><b>　　（3-1）

18、 </b></p><p>　　式中 --整流電路輸出電壓最大值；</p><p>　　--主電路電流回路n個晶閘管正向壓降；</p><p>　　C -- 線路接線方式系數(shù)；</p><p>　　--變壓器的短路比，對10～100KVA， =0.05～0.1；</p><p>　　/--變壓器二次實際工

19、作電流與額定之比，應取最大值。</p><p>　　在要求不高場合或近似估算時，可用下式計算，即：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中A--理想情況下，α=0°時整流電壓與二次電壓之比，即A=/；</p><p>　　B--延遲角為α時輸出電壓Ud與之比，即B=/；<

20、/p><p>　　ε——電網(wǎng)波動系數(shù)；</p><p>　　1~1.2——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設計要求，采用公式：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　由表查得 A=2.34；取ε=0.9；α角考慮10°裕量，則 B=cosα=0.985</p><p&g

21、t;<b>　　取=130V。</b></p><p>　　電壓比K=/=398/130=3</p><p>　　3.1.2 一次、二次相電流I1、I2的計算</p><p>　　由表查得 =0.816, =0.816</p><p>　　考慮變壓器勵磁電流得：</p><p>　　=A=32.3

22、A </p><p>　　=A=92.2A3.1.3變壓器容量的計算</p><p>　?。?（3-4）</p><p>　??； （3-5）</p><p>　??； （3-6）</p><p

23、>　　式中m1、m2 --一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；</p><p>　　由表查得m1=3，m2=3</p><p>　　=3×380×13.17=15.01 KVA</p><p>　　=3×122×39.00=14.27KVA </p><p>　　

24、=1/2（15.01+14.27）=14.64 KVA </p><p><b>　　取=45KVA</b></p><p>　　3.2晶閘管元件的選擇</p><p>　　3.2.1 晶閘管的額定電流</p><p>　　選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實際流過管子電流最大有效值[8]，

25、即</p><p>　　或 ==K （3-8）</p><p>　　考慮（1.5～2）倍的裕量</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中K=/（1.57）--電流計算系數(shù)。</p><p>　　此外，還需注意以下幾點：</p><p&g

26、t;　?、佼斨車h(huán)境溫度超過+40℃時，應降低元件的額定電流值。</p><p>　?、诋斣睦鋮s條件低于標準要求時，也應降低元件的額定電流值。</p><p>　?、坳P(guān)鍵、重大設備，電流裕量可適當選大些。</p><p>　　由表查得 K=0.368，考慮1.5～2倍的裕量</p><p><b>　　（3-10）</b&

27、gt;</p><p><b>　　=A</b></p><p><b>　　=A</b></p><p>　　取=30A。故選晶閘管的型號為KP30-7。</p><p>　　3.2.2晶閘管的額定電壓</p><p>　　晶閘管實際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安

28、全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓，即</p><p>　　整流電路形式為三相全控橋，查表得，則</p><p>　　==V=V （3-7）</p><p><b>　　取=800V。</b></p><p>　　3.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算</p><p>　　晶閘管有換相方便，

29、無噪音的優(yōu)點。設計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否可靠地正常運行的關(guān)鍵。</p><p>　　3.3.1過電壓保護 </p><p>　　以過電壓保護的部位來分，有交流側(cè)過壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。</p><p>　?。?

30、）交流側(cè)過電壓保護</p><p>　　阻容保護 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進行保護。</p><p>　　本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=14.64kvA, U2=122V</p><p>　　Iem取值：當 S≥10KVA時，取Iem=4。</p><p>　　=µF=23.61µF</p><

31、p>　　耐壓≥1.5Um =1.5×122×=258.8V</p><p>　　選取30µF,耐壓258.8V的CZDJ-2型金屬化紙介電容器。取=5V，</p><p>　　=Ω=2.6Ω，3Ω</p><p><b>　　==1.15A</b></p><p><b>　

32、　=W=W</b></p><p>　　選取3、14W的金屬膜電阻。</p><p><b>　　壓敏電阻的計算</b></p><p>　　=V=224.29V</p><p>　　流通量取5KA。選MY31-240/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（264V）。</p><p>　　

33、（2）直流側(cè)過電壓保護</p><p>　　直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)保護相同保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。</p><p>　　=(1.8～2.2) ×230V=414～460V </p><p>　　選MY31-440/5

34、型壓敏電阻。允許偏差+10％（484V）。</p><p>　?。?）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 </p><p><b>　　查下表：</b></p><p>　　表3-1 阻容保護的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗選定</p><p>　　抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。電容耐壓可

35、選加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.1～1.15倍。</p><p>　　由上表得C=0.5µF，R=10Ω，</p><p>　　電容耐壓≥1.5==1.5××122=448.26V</p><p>　　選C為0.2µF的CZJD-2型金屬化紙介質(zhì)電容器, 耐壓為450V。</p><p>　　=W=0

36、.45W </p><p>　　選R為40普通金屬膜電阻器，RJ-0.5。</p><p>　　3.3.2 過電流保護</p><p>　　本系統(tǒng)采用電流截止反饋環(huán)節(jié)作限流保護外，還沒有與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過載與短路保護，用過電流繼電器切斷故障電流。</p><p>　　（1）快速熔斷器的選擇 接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管

37、電流有效值IT=Id/1.732=47.8A/1.732=27.6A,故選用RLS-50的熔斷器，熔體電流為50A。</p><p>　　2）過電流繼電器的選擇 根據(jù)負載電流為47.8A，可選用吸引線圈電流為100A的JL14-11ZS型手動復位直流過電流繼電器，整流電流可取1.25 47.8A 60A。</p><p>　　3.4平波電抗器的計算</p><p>

38、;　　為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。</p><p>　?。?）算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計算，單位mH。</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　式中為與整流電路形

39、式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；</p><p>　　為最小負載電流，常取電動機額定電流的5％～10％計算。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查得=0.695所以</p><p>　　=0.05=0.05×47.8A=2.39A</p><p>　　=mH=35.48mH </p><p>　　

40、（2）限制輸出電流脈動的臨界電感量</p><p>　　由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。通常負載需要的只是直流分量，對電動機負載來說，過大的交流分量會使電動機換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。平波電抗器的臨界電感量（單位為mＨ）可用下式計算</p><p

41、><b>　　（3-12）</b></p><p>　　式中－系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，－電流最大允許脈動系數(shù)，通常三相電路≤（5～10）％。</p><p>　　根據(jù)本電路形式查得=1.045, 所以</p><p>　　==26.67mH </p><p>　?。?）電動機電感量和變壓器漏電感量</

42、p><p>　　電動機電感量（單位為mH）可按下式計算</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中 、、n－直流電動機電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；</p><p>　　p－電動機的磁極對數(shù)；－計算系數(shù)。一般無補償電動機取8～12，快速無補償電動機取6～8，有補償電動機取5～6。本設計中取

43、=8、=230V、=47.8A、n=1450r/min、p=1</p><p>　　= mH =13.27mH </p><p>　　變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計算</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　式中－計算系數(shù)，查表可得</p><p>　?。儔?/p>

44、器的短路比，一般取5%～10%。</p><p>　　本設計中取=3.2、=0.05</p><p>　　所以= mH =0.004mH </p><p>　?。?）實際串入平波電抗器的電感量</p><p>　　考慮輸出電流連續(xù)時的實際電感量：</p><p>　　mH （3-15）&

45、lt;/p><p>　　（5) 電樞回路總電感:</p><p>　　=22.202＋13.27＋2×0.004 mH =35.48mH</p><p>　　3.5勵磁電路元件的選擇</p><p>　　整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取700V。額定電流（取 =0）可查得K=0.367，</p><p>　

46、　==(1.5～2)×0.367×1.6A=0.88～1.2A </p><p>　　可選用ZP型3A、700V的二極管。</p><p>　　R 為與電動機配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流。</p><p>　　為實現(xiàn)弱磁保護，在磁場回路中串入了欠電流繼電器KA ，動作電流通過R 調(diào)整。根據(jù)額定勵磁電流 =1.6A，可選用吸引

47、線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器。</p><p>　　3.6 繼電器-接觸器控制電路設計</p><p>　　為使電路工作更可靠，總電路由自動開關(guān)引入，由于變壓器一次側(cè)電流13.17A，故可選CM1-100H型斷路器，其脫扣額定電流為85A。</p><p>　　用交流接觸器來控制主電路通斷，由于=172A 39.00A ,故可選.</

48、p><p>　　在勵磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電流繼電器，吸引電流可在3/10～65/100范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，釋放電流在1/10～2/10范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。</p><p>　　選用AL18-22Y型按扭，啟動按扭用綠色，并帶有工作指示燈，停止按扭用紅色。選用XDX2型紅色指示燈。</p><p>　　圖3—1主電路圖電路</p>

49、<p><b>　　4 觸發(fā)電路選擇</b></p><p>　　選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，其電路如電氣原理總圖所示。</p><p>　　從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為＜250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計算出 </p><p><b>　　，</b></p><p>&l

50、t;b>　　，</b></p><p><b>　　V=5.75V。</b></p><p>　　因為=5.75V，3V，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為</p><p>　　取3:1。設觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù).&

51、lt;/p><p>　　觸發(fā)電路需要三個互差120°，且與主電路三個電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設計一個三相同步變壓器。這里用三個單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY</p><p>　　型。同步電壓二次側(cè)取30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。</p><p>　　觸發(fā)器的電路圖如下圖4—1所示：<

52、/p><p>　　圖4—1集成六脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　5 雙閉環(huán)的動態(tài)設計和校驗</p><p>　　5.1電流調(diào)節(jié)器的設計和校驗</p><p><b>　?。?）確定時間常數(shù)</b></p><p>　　已知s，s，所以電流環(huán)小時間常數(shù)</p><p>　　=0

53、.0017+0.002=0.0037S。</p><p>　?。?）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　因為電流超調(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器。</p><p>　　（3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)==0.0133s，又因為

54、設計要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以==，所以ACR的比例系數(shù)=。</p><p><b>　?。?）校驗近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截止頻率==135.1。</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><b>　　> ，滿足條件。</b><

55、;/p><p>　　忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　?。?） 計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p>

56、;<p>　　取運算放大器的=40，有=1.07840=43.12，取45，</p><p>　　，取0.3，，取0.2。故=，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p><b>　　圖5—1電流調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計和校驗</p><p>　?。?） 確定時間常數(shù)：<

57、/p><p>　　有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。</p><p>　　（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：</p><p>　　按設計要求，選用PI調(diào)節(jié)器 </p><p>　?。?）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：</p><p>　　按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=4,則ASR的超前時間常數(shù)為：，&

58、lt;/p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 。</b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為：。</p><p><b>　?。?）檢驗近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為，滿足條件。</p>

59、<p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：，滿足近似條件。</p><p>　　（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容：</p><p>　　取=40，則，取3700。</p><p><b>　　，取0.02</b></p><p><b>　　，取1。</b></p><p

60、><b>　　故。其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖5—2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=4，查得，不滿足設計要求，應使ASR 退飽和重計算。設理想空載z=0，h=4時，查得=77.5%，所以=2（）（）=，滿足設計要求.</p><p>　　6 控制電路的設計與計算</p><p&

61、gt;　　6.1 給定環(huán)節(jié)的選擇</p><p>　　已知觸發(fā)器的移相控制電壓為正值，給定電壓經(jīng)過兩個放大器它的輸入輸出電壓極性不變，也應是正值。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個15V的直流電源，用一個2.2、1W的電位器引出給定電壓。</p><p>　　6.2 控制電路的直流電源</p><p>　　這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，

62、如下圖所示</p><p>　　圖6—1直流穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　6.3 反饋電路參數(shù)的選擇與計算</p><p>　　本設計中的反饋電路有轉(zhuǎn)速反饋和電流截止負反饋兩個環(huán)節(jié)，電路圖見主電路。</p><p>　　6.3.1測速發(fā)電機的選擇</p><p>　　因為V，故這里可選用ZYS-14A型永磁直流測

63、速發(fā)電機。它的主要參數(shù)見下表。</p><p>　　表6—2ZYS-14A型永磁直流測速發(fā)電機</p><p>　　取負載電阻=2,P=2W的電位器，測速發(fā)電機與主電動機同軸連接。</p><p>　　6.3.2 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇</p><p>　　選用LEM模塊LA100-S電流傳感器作為檢測元件，其參數(shù)為：額定電流100A，匝數(shù)

64、比1：1000，額定輸出電流為0.1A。選測量電阻=47,，P=1W的繞線電位器。</p><p>　　負載電流為1.2時。讓電流截止環(huán)節(jié)起作用，此時LA100-S的輸出電流為1.2/1000=1.2×152/1000=0.184A，輸出電壓為47×0.25=11.75V，再考慮一定的余量，可選用1N4240A型的穩(wěn)壓管作為比較電壓，其額定值為10V。</p><p>

65、　　7 直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理總圖</p><p>　　8 系統(tǒng)MATLAB仿真</p><p>　　本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進行調(diào)

66、速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。</p><p>　　8.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設置</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖8-1所示。</p><p>　　圖8-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

67、仿真模型</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因為在本次設計中單片機代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設為0，Stop time設為2.5。</p><p>　　8.2

68、 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析面分析一下仿真的結(jié)果。</p><p>　　當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進行仿真。圖8-2是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下</p><p>　　圖8.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸

69、出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。第三階段，當轉(zhuǎn)速達到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實際仿真結(jié)果基本上反映了這一點。由于在本

70、系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。</p><p><b>　　二 交流調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　　9 交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真</p><p>　　（一）交-交變頻調(diào)速原理</p><p>　　將電網(wǎng)工頻交流電直接

71、變?yōu)榱硪环N頻率和電壓的交流電，稱為直接變頻，也稱為交-交變頻。采用晶閘管元件作開關(guān)器件，利用交流電網(wǎng)電壓反向關(guān)斷處于導通狀態(tài)的晶閘管，晶閘管按相控方式工作，則可實現(xiàn)相控的交流-交流直接變頻、變壓，其特點是輸出電壓的頻率只能低于輸入交流電源的頻率，只能實現(xiàn)降頻變換，這種直接變頻又稱為周波變換器或循環(huán)變化器。如在礦井提升機、大型軋機等設備需要低速大容量的晶閘管交交變頻調(diào)速系統(tǒng)作驅(qū)動裝置。</p><p>　?。ǘ┻?/p>

72、輯切換裝置DLC封裝</p><p>　　在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中，DLC是核心裝置，其任務是：在正組晶閘管橋工作時開放正組脈沖，封裝反組脈沖；在反組晶閘管橋工作時開放反組脈沖，封鎖正組脈沖。</p><p>　　9.2.1電平檢測器的建模</p><p>　　電平檢測包括給定電流極性鑒別器和零電流鑒別器，它將給定電流信號極性和零電流檢測信號轉(zhuǎn)成數(shù)字量供后續(xù)電路使用，在M

73、TALAB建模時，可利用Simulink的非線性模塊庫中繼電器元件實現(xiàn)。</p><p>　　9.2.2邏輯判斷電路的建模</p><p>　　邏輯判斷電路根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運動要求，經(jīng)邏輯運算后發(fā)出邏輯切換指令，封鎖原工作組，開放另一組。邏輯要求如下：</p><p>　　9.2.3延時電路模塊建模</p><p>　　在邏輯半段電路發(fā)出切

74、換指令后，必須經(jīng)過封鎖延時T=3ms才能封鎖原導通組脈沖，在經(jīng)過開放延時T=7ms后才能開放另一組脈沖。數(shù)字邏輯電路的DLC裝置中是在與門前加二極管及電容來實現(xiàn)延時。利用Simulink工具箱中的微分元件、傳遞延遲元件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化元件、乘法元件，按功能連接，即可得到滿足系統(tǒng)延時要求的仿真模型結(jié)構(gòu)。如下圖所示。</p><p>　　圖9-1 DLC模型及仿真測試結(jié)果</p><p>　　（三）

75、邏輯無環(huán)流單相交-交變頻器的建模及仿真</p><p>　　單相交-交變頻器仿真模型結(jié)構(gòu)如下圖所示，仿真參數(shù)：負載電阻1Ω、負載電感20x10-3 H;工頻三相對稱交流電源：A、B、C幅值100V；正弦調(diào)制波幅值30、頻率10Hz。</p><p>　　圖9-2.邏輯無環(huán)流單相交-交變頻器的建模及仿真結(jié)果</p><p>　?。ㄋ模┊惒诫妱訖C交-交變頻器調(diào)速系統(tǒng)的建

76、模與仿真</p><p>　　仿真參數(shù)：工頻三相對稱交流電源：A、B、C幅值100V；異步電動參數(shù)U=220V、f=50Hz、R=0.435Ω，其他默認值。三相交交變頻器輸出頻率為5Hz和10Hz時異步電動機定子三相電流、轉(zhuǎn)速波形。</p><p>　　圖9-3.系統(tǒng)建模與測試仿真波形</p><p><b>　　總結(jié)</b></p>

77、;<p>　　為期兩周的電氣傳動課程設計結(jié)束了，這次我的課題是直流部分的“不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)”以及交流部分的“交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真”剛開始確實不怎么有頭緒，在老師細心的指導下和同學們的幫助下，如期完成了設計任務，這期間感觸頗多。</p><p>　　剛接觸這個題目時僅僅只有一個感性的認識，后來通過查閱資料，漸漸地有了一個思路。接下來就是方案論證了。這期間我有了幾套方案，經(jīng)過老師的審核和同學

78、們的討論，最后確定了這個最終的方案。本以為方案論證的完成就成功了一半，但是在實際過程中，總會遇到各種問題。包括各種基本電路芯片的選擇匹配問題，模型的建立，因為以前這方面的經(jīng)驗比較缺乏，所以很困難，只能去請教老師和其他有經(jīng)驗的學長，在他們的幫助下，我自己也到處查資料，模型終于建立起來了。。兩周時間很快就過去了，這期間我學會了很多東西，對于調(diào)速控制系統(tǒng)的認識也有了一個升華。由于時間與器材的關(guān)系，未能做出實物。但瞻望未來，此文可為將來從事相關(guān)

79、工作打下基礎。</p><p>　　感謝**老師的悉心指導和同學們的幫助，正是因為你們的奉獻，我才順利的完成了本次課程設計。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)，第３版.北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2、石玉等.電力電子技術(shù)題例與電路設

80、計指.北京：機械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　3、王兆安.電力電子技術(shù). 第4版．北京：機械工業(yè)出版社，200０</p><p>　　4、王離九等. 電力拖動自動控制系統(tǒng). 武漢：華中科技大學出版社，1991</p><p>　　5、胡壽松.自動控制原理：第4版.北京：國防工業(yè)出版社</p><p>　　6、洪乃剛等 電力電子和電

81、力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真。機械工業(yè)出版社，2007。</p><p>　　7、李華德主編。交流調(diào)速控制系統(tǒng)。電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　8、胡崇岳等?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)。機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　9、黃忠霖等?？刂葡到y(tǒng)MATLAB設計及仿真。機械工業(yè)出版社，2001</p><p><b>